电容触控的技术原理及触控面板的部分电路

（文章来源：电子工程网）

真正带来智能手机风潮的是电容式触摸屏，它是由一片双面镀有导电膜的玻璃基板组成，并在上极板上覆盖一层薄的SiO2介质层。其中上电极是用来与人体（接地）构成平板电容感测电容变化的，而下极板用来屏蔽外界信号干扰的。

工作时，上透明电极需要接电压并在四个角上引出四个电极，所以当手指触碰上面的SiO2层时，因人体是导电的，所以人体与上透明电极之间产生足够的耦合电容，并且根据与四个角（或周边）测量的电容值变化来计算出触控位置坐标（离触控位置越近则电容越大）。但是这种表面电容式触控（Surface Capacitive）还是无法满足现在流行的多点触控，如果要实现多点触控必须要使用新技术叫做Projected-Capacitive Touch，它主要改变在于将表面的感应电极铺设成一层或两层并且进行图案化（主要是菱形），一层负责X方向，一层负责Y方向。然后通过X方向和Y方向电极电容的变化来定位。

由于现在主流都是多点触控（Multi-Touch），所以我稍微多讲一点他的演变过程，多点触控的 Projected Capacitive主要有两种：自电容（Self-Capacitive）和互电容（Mutual Capacitive）。自电容它是直接扫描每个X和Y的电极电容，所以当两个触摸点的时候会额外产生两个虚拟点（Ghost Points），如图所示，左边为两层电极图形化示意图（多为菱形），它只需要一层ITO层即可，通过光刻形成X和Y电极。

右边为原理图，从原理图上看，当同时触摸（X2， Y0）和（X1， Y3）时，由于量测四个电极的电容，所以会额外多出两个点（X1， Y0）和（X2， Y3），这就是Ghost Points，只能靠软件解决了。虽然自电容有Ghost-Points的问题，但是自电容位置精准灵敏度高，最大的好处是它可以做Single layer ITO膜，但是到大尺寸（》15寸）的时候点数增加导致管脚增多，成本会很高，而且点数多了之后中间的线路会走不出来，必须要把ITO变细，所以电阻增大，而且点数多扫描时间也会增长，看似没有优势，但是现在苹果手机貌似就是在走自电容触控技术，这些技术应该都突破了。

而互电容（Mutual-Cpacitive or Trans-Capacitive）它需要两层ITO膜层，通过特殊的结构把X和Y电极在每个节点上分隔开，这样它扫描的就是节点 （Intersection）电容，而不是电极电容了。只是这两层ITO在交点处的接触必须隔开，需要用到MEMS技术将它类似立交桥架起来。

不管是自电容还是互电容，都是依赖于将电容从人体电容中导到电极上，所以这两种技术都叫做电荷转移型电容触控（Charge-Transfer）。

电容式触控优势在于速度快，可以滑而不用再用戳的。然而它只能用导电物体操控，它还有个缺点是如果触控面积比较大（手掌），可能你还没碰到就有动作了，因为面积大耦合电容大，所以触发了屏幕，所以它对外界电场或温湿度导致的电场变化比较敏感。但是它是一层玻璃板结构所以透光率比电阻式高可达90%以上。

然而不管是电阻式还是电容式触摸屏都很难做到均匀电场，所以只能用于20几寸以下的面板尺寸。如果要做大屏幕触控必须要使用波动式触控技术（主要有表面声波或红外线波两种），它主要在四角或边缘安装红外线或声波发射器/接收器，当触控阻断声波或红外线时，对应的接收器接收不到信号则可以断定坐标，这种触控屏怕脏怕灰怕油，太娇气了，而且很容易受环境波动影响。

每一类触摸屏都有其各自的优缺点，要了解哪种触摸屏适用于哪种场合，关键就在于要懂得每一类触摸屏技术的工作原理和特点。触控面板的电路部分：触控面板的感应模块原理及结构，但是和Sensor一样，它有传感部分就一定有电路部分，而触控的电路部分主要负责的事情就是：信号探测、坐标定位、以及手势识别（滑动/放大/点击）。

而对于MCU电路来说，主要需要哪些电路单元，首先最重要的就是ADC（这是所有Sensor必须的），其次是Scan Control和DSP（信号处理），而扫描电路一定需要时钟信号，所以需要Timer。而手势识别是靠一个叫Finger Tracking的单元实现，最后就是User configure的代码保存需要用到EEPROM或Flash。

而在设计上的主要难点有两个：1） 高电阻加大电容问题，2） 噪声耦合（Noise Coupling）。前者主要是由于屏幕越来越大导致ITO的电极越来越长所以电阻越来越大，另外电极越来越长导致电容面积越来越大所以电容也变大，最后的问题是RC-delay延长，而解法要么是通过加大电压来加速scan，要么是换金属布线（Ag）。后者（Noise coupling）主要是由于面板越来越大，很容易接收到环境噪声的干扰主要靠shielding来避免，而另外的干扰来自开关电源的干扰，这只能通过在 ADC之前增加Noise Cancellation来实现。
      （责任编辑：fqj）